铁路隧道施工组织设计(毕业设计)

绪论

随着我国铁路建设事业的蓬勃发展，铁路隧道已经越来越得到国家的重视。在贯穿我国山区的新建铁路线上，修建了大量的隧道，使我国铁路隧道的座数和总延长量，都跃居为世界各国的前列，同时还积累了丰富的经验，拥有了较先进的技术，也为铁路隧道的设计提供了大量的资料和数据。

近年来计算机技术的发展，对隧道的发展注入了活力，越来越多的新型技术被用于隧道工程的实践中，如：隧道的管线位移应力应变分析可以考虑采取数值模拟，把隧道与管线当作一个系统考虑——将隧道施工与管线的变形作为一个整体计算。这样就可以通过采用不同的单元模拟不同土体、管－土接触关系、管线类型以及考虑不同的隧道施工方法等，从而实现对“隧道－管线”的整体分析。以及许多隧道的维护、整治和科研中计算机都成来一件有力的武器，隧道事业的脚步是越来越快，超长隧道、电气化隧道被人类更多的关注。隧道工程的理论方面，分析结构内力的方法，已经从结构力学的计算转到以矩阵分析的方式用计算机计算，并进一步用有限元方法进行分析；从不地层压力视为外力荷载，到把围岩和支护结构组成受力统一体系的共同作用理论；从过去认为地层为松散介质，进行考虑岩体的弹性、塑性和黏性，以及各种性质的转变，拟出各种能进一步体现岩性的模型，进行受力的分析；在隧道的设计计算理论中已经引入了不确定性的概念，现在正向可靠度设计过渡。

本文首先，通过该地区的地质、地形条件确定隧道的位置及控制高程，结合一些实际条件计算绘制边、仰坡的开挖线的有关数据并在地形图上绘制开挖线、做纵断图；然后，根据地质条件和围岩级别选择合适的隧道洞门，查阅相关资料进行稳定性检算，以便确定洞门能否合格；接下来，根据洞门和地下水情况确定合适的隧道衬砌，并依照计算程序进行衬砌强度检算，看是否符合规范要求，如果不合格通过调整必要的资料来重新检算；最后，按照以上设计进行施工组织设计，安排施工进度及主要施工方法，合理调配施工机械设备，还要组织有效的质量保证措施及安全保证措施，这样就完成本设计的主要内容。

通过这次设计不仅培养了我们独立思考问题的能力，也给我们在以后的工作中提供了扎实的理论基础。

第一章隧道位置的选择及纵断面设计

第一节隧道位置的选择

地形是选定隧道位置的重要条件之一。一般山区铁路不论沿河傍山，在河道曲折、地势陡峭的峡谷地段或跨越分水岭，常常修建隧道。故仅就地形条件而言，可分为越岭隧道与河谷线隧道。越岭地段，一般山峦起伏、地形崎岖、地质条件复杂、自然条件变化差异很大，其中分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的薄厚、山坡的陡缓以及山前主支沟台地的分布情况等，与隧道平面位置及立面位置的选择关系密切。本隧道所在位置地势比较陡峭，由中密的、饱和石质灰岩为主、砂粘土充填的碎石土和钙质胶结、细晶结构质、节理发育的灰岩夹页岩及泥灰岩组成，结构比较单一适合做隧道。

第二节隧道纵断面设计

隧道宜设在直线上，应尽量采用较大的曲线半径，并尽量避免设在反向曲线上。为了保证隧道内列车能安全平顺地行使，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路坡道形式、坡度大小、坡段

长度和坡段间的衔接等。

一、坡道形式

隧道处于地层之内，除了地质有变化以外，线路的坡形本来不受什么限制，用不着采用复杂多变的形式。一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图1-1

所示。

（a）单坡形（b）人字坡形

图1-1 坡道形式

由于本隧道所在位置地形比较陡峭，为了减少开挖量，必须要争取高程，所以选

择了单坡形隧道。

二、坡度大小

对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻

列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度限i 。如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即曲限允i i i -=

式中 允i ─设计中允许采用的最大坡度； 限i ─按照线路等级规定的限制最大坡度； 曲i ─曲线阻力折算的坡度折减量；

当机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能力相应降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也要考虑相应的折减。在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折减。至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减问题了。

另一方面，考虑隧道排水的需要，除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度不小于3‰，在最冷月平均气温低于－5℃的地区和地下水发育的隧道宜适当加大坡度。 三、 坡段长度

隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳。另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。所以，从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。

本隧道采用单坡行隧道，因为隧道内线路的坡形单一，坡度已用到了最大限度，所以不宜把坡段定得太长，此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、排水设施，分级分段排水。这就给今后的运营和维修增加了工作量。所以，隧道内线路的坡段不宜太长。

第二章 洞门的选择及稳定性检算

第一节 洞口位置的选择

一、 选择洞口位置的原则

确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出”。在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。

根据陈家院子隧道位置的具体情况，确定洞口位置如下：

1、地质条件：岩层由二层组成，上层为约2.4米厚的碎石头、中密饱和的石质的灰岩，由沙粘土充填，下层为12.3米的灰岩夹页岩及泥灰岩组成。钙质胶结、细晶结构质坚硬性脆，节理发育、节理面见方解石脉。

2、围岩等级：由地质条件确定，岩层为较破碎的软岩，所以可确定为Ⅳ级围岩。

二、 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线

当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线。

（一） 进洞里程的确定

在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程：

1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。选定仰坡的极限开挖高度H 在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高路H ，则控制等高线标高为：

H 路=2246-(3.15+7.70+0.8)=2234.35m

H H H +=路控=2234.35+15.65=2250m

为了在洞口地形平面图上查找方便， 可取整数（但要保证开挖高度H 在极限范围内），所以选H=15.65<18m 。

2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度B 为距离，作对称于线路中心线的平行线Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ，由标准图得洞门墙宽度 4.511.84m B B m =+=。

3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离d 为半径，用分规沿Ⅰ－Ⅰ（或Ⅱ－Ⅱ）线移动，找出与控制等高线相切于a 点(即控制点)的圆心o 。其中d 值可根据洞门构造图及仰坡坡率m 求出，即d ＝(H －h)m =[15.65-(3.15+7.70-0.8)³1]=5.6m ，其中h 为路基面至仰坡坡脚的高度，H 是仰坡的极限开挖高度。

4、过o 点作线路中心线的垂线oo '。

5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离b=1.5+0.5+(3.15+7.70-0.35)³